Selv Goldilocks exoplaneter har brug for en velopdragen stjerne

En exoplanet kan virke som det perfekte sted at konfigurere husholdning, men før du går derhen, se nærmere på dens stjerne.

Rice University astrofysikere gør netop det, bygge en computermodel for at hjælpe med at bedømme, hvordan en stjernes egen atmosfære påvirker dens planeter, på godt og ondt.

Ved at indsnævre betingelserne for beboelighed, de håber at forfine søgen efter potentielt beboelige planeter. Astronomer har nu mistanke om, at de fleste af de milliarder af stjerner på himlen har mindst én planet. Til dato, Jordbundne observatører har set næsten 4, 000 af dem.

Hovedforfatter og Rice kandidatstuderende Alison Farrish og hendes forskningsrådgiver, solfysiker David Alexander, førte deres gruppes første undersøgelse til at karakterisere "rumvejr"-miljøet af andre stjerner end vores eget for at se, hvordan det ville påvirke den magnetiske aktivitet omkring en exoplanet. Det er det første skridt i et National Science Foundation-finansieret projekt for at udforske magnetfelterne omkring selve planeterne.

"Det er umuligt med den nuværende teknologi at afgøre, om en exoplanet har et beskyttende magnetfelt eller ej, så dette papir fokuserer på det, der er kendt som det asterosfæriske magnetfelt, " sagde Farrish. "Dette er den interplanetariske forlængelse af det stjernemagnetiske felt, som exoplaneten ville interagere med."

I undersøgelsen offentliggjort i The Astrophysical Journal , forskerne udvider en magnetfeltmodel, der kombinerer det, der er kendt om solar magnetisk flux-transport - magnetfelternes bevægelse omkring, gennem og udgår fra solens overflade - til en lang række stjerner med forskellige niveauer af magnetisk aktivitet. Modellen bruges derefter til at skabe en simulering af det interplanetariske magnetfelt, der omgiver disse simulerede stjerner.

På denne måde var de i stand til at opstille en hypotese om det potentielle miljø, der opleves af så "populære" exoplanetsystemer som Ross 128, Proxima Centauri og TRAPPIST 1, alle dværgstjerner med kendte exoplaneter.

Ingen stjerne er nogensinde stille. Plasmaet ved dens overflade kværner konstant, skaber forstyrrelser, der sender stærke magnetfelter (som dem, der er indlejret i solens solvind) langt ud i rummet. Jordens egen magnetosfære hjælper med at gøre den til en sikker havn for livet, men om det er tilfældet for en hvilken som helst exoplanet skal endnu afgøres.

"For de fleste mennesker, en 'beboelig zone' planet betyder traditionelt, at den har den helt rigtige temperatur til flydende vand, " sagde Farrish. "Men i disse specifikke systemer, planeterne er så tæt på deres stjerner, at der er andre overvejelser. I særdeleshed, den magnetiske interaktion bliver meget vigtig."

Disse "Goldilocks" planeter kan nyde temperaturer og atmosfæriske tryk, der tillader livgivende vand at eksistere, men kredser sandsynligvis for tæt på deres stjerner til at undslippe virkningerne af stjernens stærke magnetfelter og den tilhørende stråling.

"Afhængigt af hvor den er inden for stjernens udvidede magnetfelt, det anslås, at nogle af disse exoplaneter i beboelig zone kan miste deres atmosfære på så lidt som 100 millioner år, " sagde Alexander. "Det er virkelig kort tid i astronomiske termer. Planeten kan have de rigtige temperatur- og trykforhold for beboelighed, og nogle simple livsformer kan dannes, men det er så langt, de skal gå. Atmosfæren ville blive strippet, og strålingen på overfladen ville være ret intens.

"Når du ikke har en atmosfære, du har nu al ultraviolet og røntgenstråling fra stjernen oven på partikelemissionen, " sagde han. "Vi ønsker at forstå denne interaktion bedre og være i stand til at sammenligne den med observationer i fremtiden. Og evnen til at dirigere og definere arten af ​​disse fremtidige observationer vil være virkelig nyttig."

Nøgleparametrene i modellen er det stjernernes Rossby-tal, som definerer, hvor aktiv stjernen er, og Alfvén overfladen, som bestemmer, hvor det asterosfæriske magnetfelt effektivt afkobler stjernen.

"Vores model giver os mulighed for at fastlægge nogle af de vigtigste karakteristika ved en stjernes aktivitet med hensyn til fluxfremkomst og transport i løbet af en stjernecyklus, " sagde Alexander. "Dette tillader en direkte sammenligning med observationer, som i øjeblikket er meget sparsomme for andre stjerner end solen, og et middel til potentielt at karakterisere nogle af de vigtigste fysiske egenskaber ved exoplaneterne gennem deres interaktion med stjernefeltet."

"Alle de planetsystemer, som folk i øjeblikket er meget opmærksomme på - Ross, Proxima og TRAPPIST - fanger interesse, fordi de har planeter i deres beboelige zoner, men, baseret på vores beregninger, de fleste af dem falder inden for den gennemsnitlige Alfvén-overflade, " sagde Farrish. "Dette skaber potentialet for en direkte magnetisk forbindelse mellem stjernen og planeten, som i højere grad ville drive tabet af planetens atmosfære."

En sådan planet kredser om Proxima Centauri. "Stjernen er en syvendedel af solen, og planeten er 20 gange tættere på, " sagde Alexander. "Det er godt for temperaturen, men dårligt for de magnetiske forhold."

Farrish og Alexander bemærker, at holdet fandt ét exceptionelt system i GJ 3323, en M-dværgstjerne, der indeholder to "superjorde" opdaget i 2017. En, GJ 3323 b, ligger inden for stjernens beboelige zone, men også godt inden for Alfvén-overfladen. Den anden, GJ 3323 c, kredser uden for Alfvén-overfladen, men desværre et godt stykke uden for den beboelige zone.

"Jeg er forsigtig med ikke at sige, at der er et system, vi alle er begejstrede for, men at have to planeter af samme størrelse af samme alder på hver side af Alfvén-overfladen kunne vise sig nyttigt, når observationer forbedres, i at udforske, hvordan magnetiske felter dannes i exoplaneter, " sagde Alexander.